Sweet 'n Sour: Ein Gewöhnlicher Zucker Kann Krankheitserregern Helfen, Den Menschlichen Darm Zu Erobern

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-21 22:30

Fucose kann Salmonellen helfen, die natürlichen Mikrobiota des Darms zu besiegen.

Bei Schlachten im Darm können Krankheitserreger, die eine Lebensmittelvergiftung verursachen, eine Geheimwaffe haben. Natürlicher allgegenwärtiger Zucker kann dazu beitragen, dass eindringende Bakterien die natürlichen Mikrobiota des Körpers besiegen.

Neue Arbeiten, die sich mit der Rolle eines gemeinsamen Zuckers im Körper, Fucose (nicht zu verwechseln mit Fructose), befassen, legen nahe, dass er für bestimmte schädliche Bakterien eine wesentliche Rolle als Magd spielen könnte. Eine neue Studie des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) des US-Energieministeriums in Richland, Washington, hat beispielsweise herausgefunden, dass der Erreger während einer Salmonelleninfektion Fucose verwenden kann, um sich zu stärken und seinen Weg durch den Körper eines Wirts zu finden.

Diese in PLoS ONE veröffentlichte Studie ist nur die neueste, die darauf hinweist, dass Fucose eine zentralere Rolle im empfindlichen Tanz zwischen eindringenden Krankheitserregern und den Kommensalbakterien des Darms spielen kann als bisher angenommen. Frühere Tierstudien ergaben, dass Fucose das Gleichgewicht gegen Kommensalbakterien verbessern kann, wenn sich Krankheitserreger wie Escherichia coli und Campylobacter jejuni im Darm ausbreiten. Obwohl die Fucose-Befunde noch vorläufig sind, könnte die Erschließung der Rolle dieses Zuckers in Wettbewerben zwischen Darmmikrobiota und Krankheitserregern theoretisch zu neuen Therapien zur Behandlung menschlicher Krankheiten führen.

Rund 100 Billionen Mikroorganismen befinden sich im menschlichen Darm, wo sie wesentliche Aufgaben für die Immunabwehr, den Stoffwechsel und die Entwicklung erfüllen. Störungen in diesem Ökosystem können die Gesundheit schädigen. Wenn beispielsweise ein Krankheitserreger wie Salmonellen in den Körper eindringt, reagiert das Immunsystem, der Darm entzündet sich und tötet einige der natürlichen Mikrobiota des Körpers ab. In diesem Vakuum beschlagnahmt Salmonella offenbar unbenutzten Zucker, der normalerweise von den Darmbakterien des Körpers abgezapft wird, und fängt den Zucker nach dieser neuen Arbeit nach Nährstoffen und möglicherweise auch nach Handlungsanreizen.

In dieser Studie untersuchten die Forscher, wie Salmonellen die Körper von Mäusen besiedelten, die genetisch verändert wurden, um einzigartig anfällig für den Erreger zu sein. (Die meisten Mäuse sind nicht anfällig für Magen-Darm-Infektionen durch Salmonellen.) Die Forscher untersuchten die Auswirkungen der Krankheit in Echtzeit, indem sie regelmäßig Stuhlproben von infizierten Mäusen sammelten und sie nach Hinweisen auf die Zusammensetzung des Darms und den Status der Infektion absuchten. Das Team führte auch Autopsien an den infizierten Mäusen durch und spähte in die Eingeweide verstorbener Mäuse. Zum Vergleich analysierte das Team auch Mäuse in einer Kontrollgruppe, denen anstelle einer Salmonelleninfektion ein Placebo verabreicht wurde. Sie untersuchten die chemischen Fingerabdrücke, die zelluläre Prozesse hinterlassen, sowie andere genetische und strukturelle Komponenten, um den ersten vollständigen Schnappschuss der residenten Bakterien-, Protein- und Zuckerspiegel während einer Salmonelleninfektion zu erhalten. Darüber hinaus wurden sie im Verlauf der Infektion auf bisher unbekannte Funktionen der Fucose aufmerksam gemacht.

Die Forscher versuchen immer noch zu verstehen, warum sie bei mit Salmonellen infizierten Mäusen überdurchschnittliche Fucosespiegel festgestellt haben. Sie wissen, dass weniger Kommensalbakterien auf der Fucose speisen mussten, aber es gab möglicherweise zusätzliche höhere Fucosespiegel, weil Zellen, die im Verlauf der Entzündung beschädigt wurden, den Zucker freisetzen können. Was auch immer der Grund für die Häufigkeit sein mag, das Team sagt, dass der Wert ihrer Studie darin besteht, dass sie die Auswirkungen einer Salmonelleninfektion im Darm in Echtzeit verfolgen konnten. In dem komplexen Milieu des Darms ist es schwierig, Salmonellenproteine aufzunehmen, daher waren die Forscher skeptisch, dass sie die Infektion sogar verfolgen könnten. "Wir haben nicht nur die Salmonella-Proteine gesehen", sagt der Studienautor Josh Adkins, Systembiologe bei PNNL, "wir haben viele davon gesehen und Hinweise auf neue Biologie."

Das Team war überrascht zu entdecken, dass Salmonellen einige Zucker ignorierten, die ansässige Bakterien essen, während sie Fucose verschlingen. Diese Ernährungspräferenz kann den Arzneimittelherstellern Hinweise geben, wie Krankheitserreger wie Salmonellen in Schach gehalten werden können. "Sie können sich vorstellen, den Körper eines Menschen mit einer Reihe von Nährstoffen zu spülen, die das Wachstum von Community-Mitgliedern fördern und verhindern können, dass Salmonellen gegen sie antreten", sagt Adkins. "Ich denke, hier gibt es wirklich viel Platz zum Lernen."

Die PNNL-Ergebnisse sind nur der erste Schritt, sagt Vanessa Sperandio, Mikrobiologin am Southwestern Medical Center der Universität von Texas in Dallas, die die Interaktion von Krankheitserregern im Darm untersucht. Die Forscher müssen als nächstes die Fucose-Verwertungsgene in Salmonellen ausschalten, um zu sehen, ob der Erreger die Mikrobiota im Darm ohne Zucker noch übertreffen kann, sagt sie. Abhängig von den Ergebnissen werden die Forscher besser verstehen, wie wichtig Fukose sein kann, wenn Salmonellen die im Darm ansässigen Bakterien aufnehmen.